对生成树的理解

生成树教程stp mstp

MSTP协议简介

概述

协议背景

在二层交换网络中，一旦网络中存在有环路，就会造成报文在环路中不断的增生循环，产生广播风暴占用所有的有效带宽，造成网络的瘫痪。STP协议根据网络中的拓扑结构，将网络中的节点按照一定的算法生成一个树形的拓扑结构，从而避免网络中环路的存在。当网络中拓扑结构发生变化时，STP算法会根据新的网络拓扑重新计算树，生成新的树形结构，这样既提供了环路保护的功能，同时可以提供链路冗余的功能。这是STP协议最初产生时提供的功能。

STP协议的发展

STP协议和其他网络协议一样，是随着网络的不断发展而不断更新换代的。最初被广泛应用的是IEEE802.1D 1998版本，随后又出现了IEEE802.1W RSTP协议、IEEE802.1s MSTP协议。RSTP协议提供了端口状态的快速转换功能，使网络拓扑的收敛时间大为减少。MSTP协议在RSTP协议的基础上引入了域和实例的概念，首先将网络中不同的桥设备及其LAN划分为不同的域内，在域内设定各个VLAN 到生成树实例的映射关系，这样既提供了快速收敛的能力，同时也在域内对网络冗余的网络带宽进行了有效应用。

相关文档

IEEE802.1D 1998版本STP协议

IEEE802.1W 2001版本RSTP协议

IEEE802.1s 2002版本MSTP协议

IEEE802.1D 2004版本STP+RSTP协议

IEEE协议于2004年将IEEE802.1D1998版本和IEEE802.1W2001版本合并为一个文档，是为IEEE802.1D2004版本。

缩写词汇

STP

协议介绍

STP协议是一个单生成树协议，所谓单生成树协议，就是在网络中将所有的桥设备放到单个生成树拓扑中，保证网络连接的全联通性和无循环链路。

STP协议首先会为生成树选定一个跟，然后根据每个桥设备到根的距离来确定该桥到根的路径，这样由根、桥设备以及各个桥到根的路径组成了一个全联通且无循环的生成树。

STP协议通过BPDU(桥协议数据单元)进行协议数据的交互。STP BPDU是一种二层报文，目的MAC是多播地址01-80-C2-00-00-00，所有支持STP协议的网桥都会接收并处理收到的BPDU报文，BPDU报文不会被转发。

STP协议中的基本概念

Bridge identifier(BID)：每个桥有1个identifier，该BID由两部分组成。前两个字节表示优先级，默认为32768可取值范围在0-65535。后6个字节由bridge的MAC地址组成。确保网络中每个bridge的BID具有唯一性。

Root Bridge（跟桥）：网络中作为生成树树根的bridge，该bridge具有最小的BID。Root identifier（RID）：跟桥具有的identifier。

Path cost：数据包在网络中传输所需的路径开销。该开销根据局域网类型（带宽+双工模式）来确定数据包在网络中的路径开销。该开销是用来确定最优生成树的关键参数。

Port identifier（PID）：每个桥的每个端口具有一个PID，该PID由两部分组成，共16个bits。（前6个bits表示优先级，后10个bit表示端口名称，没看到官方文件说明）。

Root path cost：数据包到达跟桥的路径开销。

Root port(根端口)：非跟桥上到达跟桥路径开销最小的端口。

Designated port（指定端口）:连接到某局域网中的所有端口中具有最小根路径开销的端口。该端口被称为该局域网的指定端口。

Designated bridge：局域网的指定端口所在的bridge被称为该局域网的指定端口。Alternate port：备份端口。

STP协议中的端口状态

Blocking（阻塞状态）：该端口处于使能状态，但根据STP算法的计算结果，该端口不属于生成树的有效组成端口。（既有其他路径可以生成生成树结构，同时

比该端口所在的路径具有更优的结构）。处于阻塞状态的端口只接受STP BPDU 报文，不转发STP BPDU报文；不接收和转发其他业务报文。

Listening（监听状态）：该端口处于使能状态，同时该端口已经被选为生成树的有效组成端口，但为了防止网络拓扑结构的动荡变化造成生成树的不稳当，在blocking和forwarding状态之间添加了listening状态，该状态监听网络中的BPDU 报文判断是否有更优的路径，同时该端口开始将FDB表中的相关表项进行清除，该状态接受转发STP BPDU报文，不接受和转发普通业务报文。

Learning（学习状态）：该端口处于使能状态，同时该端口已经被选为生成树的有效组成端口。但为了防止网络拓扑结构的动荡变化造成生成树的不稳当，在blocking和forwarding状态之间添加了learning状态，在端口保持在listening状态一定时间（forward timer）之后，若没有发现其他更优路径，则该端口有listening 状态转换到learning状态。该状态监听网络中的BPDU报文判断是否有更优的路径，同时端口接受和转发STP BPDU报文，接收普通业务报文，并学习报文MAC 地址，不转发普通业务报文。

Forwarding（转发状态）：该端口处于使能状态，同时该端口已经被选为生成树的有效组成端口。在端口处于listening状态一定时间之后(forward timer)，若没有发现其他更优路径，该端口有learning状态转换到forwarding状态。该状态接受和转发STP BPDU报文，同时接受和转发普通业务报文。

Disable（禁用状态）：该状态可以认为是物理上没有联通的端口。

端口状态地址学习能

力转发/接收报文能

力

接收BPDU报

文

发送BPDU报文

Disabled NO NO NO NO

Blocking NO NO YES NO

Listening NO NO YES YES

Learning YES NO YES YES Forwarding YES YES YES YES

STP报文格式

STP协议使用BPDU报文承载协议所需的交互信息。STP协议报文共有两种，配置报文（configuration BPDU）和拓扑结构更改报文（topology change notification BPDU）。

BPDU报文格式如下图。